DE112010005265T5 - Increased breakdown voltage DMOS transistor and method of fabrication. - Google Patents
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Abstract
DMOS-Transistor des Verarmungstyps umfasst einen Spalt in einem Elektrodenmaterial, der den Einbau einer Wannendotierstoffsorte in das darunter liegende Halbleitermaterial ermöglicht. Während einer nachfolgenden Dotierstoffdiffusion wird ein zusammenhängendes Wannengebiet erhalten, das eine vergrößerte laterale Ausdehnung besitzt, ohne dass eine Tiefe vergrößert wird. Die Sourcedotierstoffsorte wird nach der Maskierung des Spalts implantiert. Es wird eine zusätzliche Kanalimplantation vor der Herstellung des Gate-Dielektrikumsmaterials ausgeführt.The depletion mode DMOS transistor includes a gap in an electrode material that facilitates the incorporation of a well dopant species into the underlying semiconductor material. During a subsequent dopant diffusion, a contiguous well region is obtained that has an increased lateral extent without increasing a depth. The source dopant species is implanted after masking the gap. Additional channel implantation is performed prior to fabrication of the gate dielectric material.
Description
Technisches Gebiet.Technical area.
Die beanspruchte Erfindung betrifft einen DMOS-(doppelt diffundierten Metall-Oxid-Halbleiter-)Transistor als Verarmungstyp, oder der ausgebildet ist, im Verarmungsmodus zu arbeiten, wobei ein leitender Kanal ohne Anlegen einer Spannung an die Gateelektrodenstruktur ausgebildet ist.The claimed invention relates to a depletion type DMOS (double diffused metal-oxide-semiconductor) transistor or adapted to operate in depletion mode, wherein a conductive channel is formed without applying a voltage to the gate electrode structure.
Hintergrund.Background.
Allgemein sind Feldeffekttransistoren (FET) und insbesondere MOS-Transistoren Halbleiterbauelemente, die einen Sourceanschluss und einen Drainanschluss und ein dazwischenliegendes Kanalgebiet aufweisen, in welchem sich ein leitender Kanal beim Anlegen einer geeigneten Steuerspannung an eine Gateelektrodenstruktur aufbaut. Die Gateelektrodenstruktur enthält wiederum eine Gateelektrode und eine Gate-Dielektrikumsschicht, die die Gateelektrode von dem Kanalgebiet trennt. Beim Anlegen einer Spannung über der Gateelektrode und dem Halbleiterkörper, der mit dem Kanalgebiet verbunden ist, und bei Überschreiten der Schwellwertspannung der Transistoren sammeln sich zunehmend Ladungsträger an der Grenzfläche an, die durch die Gate-Dielektrikumsschicht und das Kanalgebiet gebildet ist, so dass ein leitender Kanal zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet aufgebaut wird. Somit wird der Stromfluss nur durch eine einzelne Art an Ladungsträgern hervorgerufen im Gegensatz zu dem Stromfluss in einem Bipolartransistor, in welchem sowohl die Minoritätsladungsträger als auch die Majoritätsladungsträger zum Stromfluss beitragen. Aufgrund dieses unipolaren Stromflusses in Feldeffekttransistoren ist die Schaltgeschwindigkeit wesentlich kürzer im Vergleich zu Bipolartransistoren, wodurch der FET und insbesondere ein MOS-Transistor ein sehr geeigneter Kandidat für Hochgeschwindigkeitsanwendungen ist.In general, field-effect transistors (FETs) and in particular MOS transistors are semiconductor components which have a source terminal and a drain terminal and an intermediate channel region in which a conductive channel is built up on application of a suitable control voltage to a gate electrode structure. The gate electrode structure in turn includes a gate electrode and a gate dielectric layer separating the gate electrode from the channel region. Upon application of a voltage across the gate electrode and the semiconductor body which is connected to the channel region, and when the threshold voltage of the transistors is exceeded, charge carriers are increasingly accumulated at the interface formed by the gate dielectric layer and the channel region, so that a conductive Channel is established between the source region and the drain region. Thus, the current flow is caused only by a single type of charge carriers in contrast to the current flow in a bipolar transistor, in which both the minority carriers and the majority charge carriers contribute to the flow of current. Due to this unipolar current flow in field effect transistors, the switching speed is significantly shorter compared to bipolar transistors, whereby the FET and in particular a MOS transistor is a very suitable candidate for high-speed applications.
In jüngerer Zeit werden FET-Bauelemente und insbesondere MOS-Transistoren zunehmend in Leistungsanwendungen eingesetzt. Derartige Anwendungen erfordern die Handhabung von Strömen bis zu mehreren 10 A oder mehr und von Spannungen bis zu 100 V und deutlich höher, da in vielen Fällen auch schnell schaltende Transistoren in geschalteten Stromversorgungen, Motorsteuerungen und dergleichen benötigt werden. Die hohen Spannungen in Leistungsanwendungen erfordern jedoch gewisse Anpassungen in den Dotierstoffprofilen der MOS-Transistoren, um die angestrebten Eigenschaften für die Durchbruchsspannung bereitzustellen. Beispielsweise ist ein so genanntes Driftgebiet mit dem Draingebiet verbunden und verbindet somit das Draingebiet mit dem vorgesehenen Kanalgebiet. Das Driftgebiet ist grundsätzlich ein Halbleitergebiet mit der gleichen grundlegenden Dotierung wie das Draingebiet jedoch mit einer reduzierten Dotierstoffkonzentration. Dies führt zu einem im Wesentlichen ohmschen Verhalten des Driftgebiets, wodurch ein entsprechender Spannungsabfall über dem Driftgebiet beim Aufbau eines leitenden Kanals hervorgerufen wird. Folglich bestimmen das Dotierstoffprofil in dem Draingebiet und dem Sourcegebiet und ihre Verbindung zu dem Kanalgebiet mit einem dazwischen liegenden Driftgebiet die Transistoreigenschaften in ”Leistungsanwendungen”.More recently, FET devices, and MOS transistors in particular, are increasingly being used in power applications. Such applications require the handling of currents up to several 10 A or more and voltages up to 100 V and much higher, since in many cases fast switching transistors in switched power supplies, motor controls and the like are needed. However, the high voltages in power applications require some adjustments in the dopant profiles of the MOS transistors to provide the desired breakdown voltage characteristics. For example, a so-called drift region is connected to the drain region and thus connects the drain region with the intended channel region. The drift region is basically a semiconductor region with the same basic doping as the drain region but with a reduced dopant concentration. This results in a substantially ohmic behavior of the drift region, causing a corresponding voltage drop across the drift region in the formation of a conductive channel. Consequently, the dopant profile in the drain region and the source region and their connection to the channel region with an intermediate drift region determine the transistor properties in "power applications".
Feldeffekttransistoren können generell in Anreicherungstransistoren und Verarmungstransistoren unterteilt werden. In einem Transistor des Anreicherungstyps hat das Kanalgebiet keinen leitenden Pfad, wenn eine Spannung von null an der Gateelektrodenstruktur angelegt ist, während Transistoren des Verarmungstyps bei einer Gate-Spannung von null einen leitenden Kanal aufweisen. Somit sind die Transistoren des Verarmungstyps ohne das Anlegen einer Gate-Spannung leitend, und diese Verarmungstransistoren können durch Anlegen einer Gate-Spannung ausgeschaltet werden. Für einen n-Kanaltransistor ist diese Spannung negativ. Dazu erhält der Transistor des Verarmungstyps eine zusätzliche Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet, woraus sich ein leitender Pfad zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet ergibt, der zunehmend an Ladungsträgern beim Anlegen einer negativen Gate-zu-Source-Spannung ”verarmt”, so dass letztlich der Transistor abschaltet, wenn das Kanalgebiet vollständig verarmt ist.Field effect transistors can generally be divided into enhancement transistors and depletion transistors. In an enhancement mode transistor, the channel region does not have a conductive path when zero voltage is applied to the gate electrode structure, while depletion type transistors have a conductive channel at zero gate voltage. Thus, the depletion mode transistors are conductive without the application of a gate voltage, and these depletion transistors can be turned off by applying a gate voltage. For an n-channel transistor, this voltage is negative. To this end, the depletion mode transistor receives an additional dopant concentration in the channel region, resulting in a conductive path between the drain region and the source region, which increasingly "depletes" charge carriers upon application of a negative gate to source voltage, ultimately the transistor turns off when the channel area is completely depleted.
Mit Bezug zu
Es ist eine schematische Querschnittsansicht des besagten DMOS-Transistors
Der in
Während des Betriebs des Transistors
Um einen Betrieb im Verarmungsmodus auf der Grundlage der Konfiguration des Transistors
Generell ist das Bereitstellen eines zusätzlichen dotierten Gebiets in dem Kanalgebiet eines Transistors des Anreicherungstyps zum Erreichen eines Verarmungsmodus eine viel versprechende Vorgehensweise. Jedoch kann das Implantieren der zusätzlichen Dotierstoffe durch die Gateelektrode hindurch oder sogar durch das Gate-Dielektrikumsmaterial hindurch zu einer ausgeprägten Schädigung des Gate-Dielektrikumsmaterials führen, wodurch das gesamte Transistorverhalten beeinträchtigt wird. Andererseits führt der Einbau der zusätzlichen Dotierstoffe vor der Herstellung des Gate-Dielektrikumsmaterials zu einer ausgeprägten Dotierstoffdiffusion während des Ausheizprozesses zur Ausrichtung des Wannenprofils. Insbesondere tritt eine ausgeprägte vertikale Diffusion in das Wannengebiet
Wenn der Transistor abgeschaltet wird, kann jedoch ein früherer Durchbruch auftreten, da die wirksame Wannendotierung aufgrund der zusätzlichen Kanaldotierung reduziert ist, selbst wenn diese stark negativ vorgespannt wird. Somit kann sich die Raumladungszone in dem Wannengebiet zu dem stark dotierten Sourcegebiet
Überblick über die Erfindung.Overview of the invention.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen DMOS-Transistor des Verarmungstyps mit einer erhöhten Durchbruchsspannung auf der Grundlage einer vergrößerten Kanallänge bereitzustellen, wobei eines oder mehrere der oben beschriebenen Probleme vermieden wird bzw. werden.It is an object of the invention to provide a depletion mode DMOS transistor having an increased breakdown voltage based on an increased channel length, while avoiding one or more of the problems described above.
Die Erfindung stellt einen DMOS-Transistor und Fertigungstechniken zu dessen Herstellung bereit, wobei ein Verarmungsmodus erreicht wird, indem eine zusätzliche Implantation in das Kanalgebiet des DMOS-Transistors vorgesehen wird, wodurch ein dotiertes Gebiet geschaffen wird, das auch als ein ”zusätzlich dotiertes Kanalgebiet” bezeichnet wird.The invention provides a DMOS transistor and fabrication techniques for making the same, wherein a depletion mode is achieved by providing additional implantation into the channel region of the DMOS transistor, thereby creating a doped region, also referred to as an "additional doped channel region". referred to as.
Aufgrund des zusätzlich dotierten Kanalgebiets wird ein leitender Pfad erzeugt, ohne dass eine Gate-Spannung angelegt ist. Die Implantation der zusätzlichen Kanaldotierung wird vorzugsweise vor der Herstellung des Gate-Dielektrikumsmaterials ausgeführt, wodurch durch Implantation hervorgerufene Schäden in dem Gate-Dielektrikumsmaterial vermieden werden. Für die nachfolgende Implantation des Wannengebiets wird die Gateelektrode als eine Implantationsmaske verwendet, die einen geeigneten Aufbau besitzt, so dass der Einbau der Wannendotierstoffsorte in das Halbleitermaterial lateral benachbart zu der Gateelektrode und auch lokal unterhalb der Gateelektrodenstruktur ermöglicht wird, wodurch eine stärkere laterale Diffusion der Wannendotierstoffsorte ohne Verstärkung der vertikalen Diffusion möglich ist. Somit kann eine gewünschte Vergrößerung der Kanallänge auf der Grundlage der stärkeren lateralen Diffusion, die durch die Wannendotierstoffsorte hervorgerufen wird, die zusätzlich lokal unterhalb der Gateelektrodenstruktur bereitgestellt wird, erreicht werden. Die größere Kanallänge kompensiert wiederum das zusätzlich dotierte Kanalgebiet in Bezug auf die Durchbruchsspannung, ohne dass eine Tiefe des Wannengebiets unerwünscht vergrößert wird.Due to the additionally doped channel region, a conducting path is generated without a gate voltage being applied. The implantation of the additional channel doping is preferably performed prior to the fabrication of the gate dielectric material, thereby avoiding implantation-induced damage in the gate dielectric material. For the subsequent implantation of the well region, the gate electrode is used as an implantation mask having a suitable structure to allow incorporation of the well dopant species into the semiconductor material laterally adjacent the gate electrode and also locally below the gate electrode structure, thereby providing more lateral diffusion of well dopant species without amplification of the vertical diffusion is possible. Thus, a desired increase in channel length may be achieved based on the increased lateral diffusion provided by the well dopant species additionally provided locally below the gate electrode structure. The larger channel length in turn compensates for the additional doped channel region with respect to the breakdown voltage without undesirably increasing a depth of the well region.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein DMOS-Transistor des Verarmungstyps vorgeschlagen (Ansprüche 1 und 22). Der Transistor umfasst eine Gateelektrodenstruktur, die auf einem Halbleitermaterial ausgebildet ist und eine Gate-Dielektrikumsschicht und eine Elektrode aufweist. Die Elektrode umfasst einen ersten Elektrodenbereich und einen zweiten Elektrodenbereich, die lateral (entlang einer Stromflussrichtung) durch ein isolierendes Material getrennt sind. Ferner ist ein Sourcegebiet einer ersten Leitfähigkeitsart in dem Halbleitermaterial lateral benachbart zu und teilweise unterhalb des ersten Elektrodenbereichs ausgebildet. Der Transistor umfasst ferner ein zusätzlich dotiertes Kanalgebiet der ersten Leitfähigkeitsart, das mit dem Sourcegebiet in Verbindung steht und sich unter den ersten und den zweiten Elektrodenbereich entlang der Stromflussrichtung erstreckt. Ein Wannengebiet einer zweiten Leitfähigkeitsart ist in dem Halbleitermaterial so ausgebildet, dass es mit dem Sourcegebiet, dem zusätzlich dotierten Kanalgebiet und einem Driftgebiet der ersten Leitfähigkeitsart in Kontakt ist, wobei sich das Wannengebiet lateral unter den ersten und den zweiten Elektrodenbereich entlang der Stromflussrichtung erstreckt. Ferner umfasst der Transistor ein Draingebiet der ersten Leitfähigkeitsart, das mit dem Driftgebiet in Kontakt ist.In one aspect of the invention, a depletion mode DMOS transistor is proposed (
Wie zuvor erläutert ist, umfasst der Transistor dieses Aspekts eine ”gespaltene” Gateelektrodenstruktur, die einen zwischenzeitlichen Einbau der Wannendotierstoffsorte ermöglicht, wodurch eine zusätzliche Länge für den Kanal bereitgestellt wird, ohne dass zu einer vergrößerten ”vertikalen” Ausdehnung des Wannengebiets beigetragen wird.As previously discussed, the transistor of this aspect includes a "split" gate electrode structure that allows for interim mounting of the well dopant species, thereby providing additional channel length without contributing to increased "vertical" expansion of the well region.
Der Transistor kann ferner einen Kopplungsbereich derart aufweisen, dass der erste und der zweite Elektrodenbereich elektrisch miteinander verbunden sind. Somit kann die Gateelektrode elektrisch als eine einzelne Einheit fungieren, wobei dennoch die verbesserte Wannendotierstoffverteilung während der Implantation der Wannendotierstoffsorte erreicht wird.The transistor may further include a coupling region such that the first and second electrode regions are electrically connected together. Thus, the gate electrode may electrically function as a single unit, yet still achieve the improved well dopant distribution during implantation of the well dopant species.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Kopplungsbereich ein Teil der Elektrode. In diesem Falle können der Kopplungsbereich und die Elektrodenbereiche zusammen aus dem Elektrodenmaterial hergestellt werden, wodurch zusätzliche Prozessschritte vermieden werden.In another embodiment, the coupling region is part of the electrode. In this case, the coupling region and the electrode regions can be made together from the electrode material, thereby avoiding additional process steps.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Kopplungsbereich ein Metallgebiet, das in einer Bauteilebene oberhalb der Gateelektrodenstruktur gebildet ist. Somit können Materialien mit höherer Leitfähigkeit verwendet werden, während gleichzeitig die Ionenblockierwirkung jeglicher Kopplungsbereiche vermieden wird, wodurch die Anwendung einer reduzierten Implantationsdosis möglich ist.In a further embodiment, the coupling region comprises a metal region, which is formed in a component plane above the gate electrode structure. Thus, higher conductivity materials can be used while avoiding the ion blocking effect of any coupling regions, thereby allowing the use of a reduced implantation dose.
Das Wannengebiet kann unter dem Kopplungsbereich hergestellt sein, um damit ein zusammenhängendes Wannengebiet zu schaffen. Somit kann eine nachteilige Wirkung des Kopplungsbereichs auf die endgültige Wannendotierstoffverteilung vermieden werden.The well region may be made below the coupling region to provide a contiguous well region. Thus, an adverse effect of the coupling region on the final well dopant distribution can be avoided.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Elektrode eine zentrale Öffnung, die über einem Bereich des Sourcegebiets ausgebildet ist. Diese Konfiguration einer Transistorzelle ermöglicht ein räumlich effektives Layout, wobei die gespaltene Konfiguration der Elektrode für die gewünschte verstärkte laterale Diffusion unter das Wannengebiet sorgt. Beispielsweise besitzt die zentrale Öffnung in der Draufsicht eine quadratische, eine kreisförmige, eine rechteckige, eine hexagonale oder eine achteckige Form.In a further embodiment, the electrode comprises a central opening formed over a region of the source region. This configuration of a transistor cell allows a spatially effective layout, with the cleaved configuration of the electrode providing the desired enhanced lateral diffusion under the well region. For example, the central opening in plan view has a square, a circular, a rectangular, a hexagonal or an octagonal shape.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Halbleiterbauelement mit einem Verarmungsmodus-DMOS-Transistor vorgeschlagen und beansprucht (Anspruch 9). Das Halbleiterbauelement umfasst eine Gateelektrodenstruktur, die auf einem Halbleitermaterial ausgebildet ist und ein Gate-Dielektrikumsmaterial und eine Elektrode mit Spalt aufweist. Das Bauelement umfasst ferner ein Sourcegebiet, das in dem Halbleitermaterial ausgebildet ist und sich teilweise unter die Elektrode erstreckt. Ferner ist ein Kanalgebiet in dem Halbleitermaterial ausgebildet und erstreckt sich unter die Elektrode und den Spalt ausgehend von dem Sourcegebiet bis zu einem Driftgebiet. Ferner umfasst der Transistor ein Draingebiet, das mit dem Driftgebiet in Verbindung steht.According to another aspect of the disclosure, a semiconductor device with a depletion-mode DMOS transistor is proposed and claimed (claim 9). The semiconductor device includes a gate electrode structure formed on a semiconductor material and having a gate dielectric material and a gap electrode. The device further comprises a source region formed in the semiconductor material and extending partially below the electrode. Further, a channel region is formed in the semiconductor material and extends below the electrode and the gap from the source region to a drift region. Further, the transistor comprises a drain region communicating with the drift region.
Somit stellt das Halbleiterbauelement eine lateral vergrößerte (oder ausgedehnte) Kanallänge bereit, wie dies zuvor erläutert ist.Thus, the semiconductor device provides a laterally increased (or extended) channel length, as previously explained.
In weiteren Ausführungsformen enthält das Kanalgebiet eine zusätzliche Kanaldotierung mit der gleichen Leitfähigkeitsart wie das Sourcegebiet.In further embodiments, the channel region includes additional channel doping with the same conductivity type as the source region.
Die Elektrode kann zumindest einen ersten Elektrodenbereich und einen zweiten Elektrodenbereich aufweisen, die lateral entlang einer Stromflussrichtung durch den Spalt getrennt sind. Die Elektrode kann einen Materialbereich aufweisen, so dass der erste und der zweite Elektrodenbereich elektrisch verbunden sind.The electrode may include at least a first electrode region and a second electrode region that are laterally separated along a current flow direction through the gap. The electrode may have a material region such that the first and second electrode regions are electrically connected.
In anderen Ausführungsformen sind der erste und der zweite Elektrodenbereich elektrisch mittels einer Verbindungsstruktur verbunden, die zumindest teilweise in einem Metallisierungssystem des Halbleiterbauelements ausgebildet ist.In other embodiments, the first and second electrode regions are electrically connected by means of a connection structure that is at least partially formed in a metallization system of the semiconductor device.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gateelektrodenstruktur eine zentrale Öffnung, und eine Stromflussrichtung in dem Kanalgebiet ist von der zentralen Öffnung aus nach außen orientiert.In a further embodiment, the gate electrode structure comprises a central opening, and a current flow direction in the channel region is oriented outwardly from the central opening.
In einer noch weiteren Ausführungsform besitzt die zentrale Öffnung eine quadratische Form, eine kreisförmige Form, eine rechteckige Form, eine hexagonale Form oder eine achteckige Form entsprechend einer Draufsicht auf die Gateelektrodenstruktur.In yet another embodiment, the central opening has a square shape, a circular shape, a rectangular shape, a hexagonal shape, or an octagonal shape corresponding to a top view of the gate electrode structure.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verarmungsmodus-DMOS-Transistors in einem Halbleiterbauelement bereitgestellt (Anspruch 20). Das Verfahren umfasst die Schritte des Einführens einer zusätzlichen Kanaldotierstoffsorte in eine Halbleiterschicht und des Bildens einer Gateelektrodenstruktur über der Halbleiterschicht, wobei die Gateelektrodenstruktur ein Gate-Dielektrikumsmaterial und eine Gateelektrode mit Spalt aufweist. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Implantierens einer Wannendotierstoffsorte in die Halbleiterschicht lateral benachbart zu der Gateelektrodenstruktur und durch den Spalt und des Ausführens eines ersten Ausheizprozesses, um ein zusammenhängendes Wannengebiet zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner: Bilden einer Maske über dem Spalt und Implantieren einer Sourcedotierstoffsorte in die Halbleiterschicht unter Anwendung der Maske und der Gateelektrodenstruktur als eine Implantationsmaske. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Ausführens eines zweiten Ausheizprozesses zur Diffusion eines Teils der Sourcedotierstoffsorte unter die Gateelektrodenstruktur.According to another aspect of the invention, there is provided a method of fabricating a depletion-mode DMOS transistor in a semiconductor device (claim 20). The method includes the steps of introducing an additional channel dopant species into a semiconductor layer and forming a gate electrode structure over the semiconductor layer, wherein the gate electrode structure comprises a gate dielectric material and a gap gate electrode. The method further includes the steps of implanting a A well dope species into the semiconductor layer laterally adjacent the gate electrode structure and through the gap and performing a first anneal process to create a contiguous well region. The method further comprises forming a mask over the gap and implanting a source dopant species in the semiconductor layer using the mask and the gate electrode structure as an implantation mask. The method further includes the step of performing a second anneal process for diffusing a portion of the source dopant species below the gate electrode structure.
Auf der Grundlage des obigen Verfahrens kann die laterale Erstreckung des Wannengebiets vergrößert werden, ohne dass zu einer größeren vertikalen Erstreckung des Wannengebiets beigetragen wird, da der Spalt einen lokalen Einbau eines Teils der Wannendotierstoffsorte ermöglicht, die somit während des nachfolgenden Ausheizprozesses eine Verbindung mit der Wannendotierstoffsorte herstellt, die am Rand der Gateelektrode implantiert ist. Während der Implantation der Sourcedotierstoffsorte stellt andererseits die Maske eine zusammenhängende Ionenblockierwirkung der Gateelektrode ähnlich zu konventionellen Vorgehensweisen sicher, wie sie zuvor beschrieben sind.Based on the above method, the lateral extent of the well region can be increased without contributing to a greater vertical extent of the well region since the gap allows for local incorporation of a portion of the well dopant species which thus connects to the well dopant species during the subsequent anneal process which is implanted at the edge of the gate electrode. On the other hand, during implantation of the source dopant species, the mask ensures a contiguous ion blocking effect of the gate electrode, similar to conventional approaches as previously described.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bilden der Gateelektrodenstruktur: Abscheiden eines Elektrodenmaterials auf dem Gate-Dielektrikumsmaterial und Strukturieren des Elektrodenmaterials derart, dass der Spalt und mindestens ein Kopplungsbereich erhalten werden, der Bereiche der Gateelektrode, die durch den Spalt getrennt sind, elektrisch miteinander verbindet. Auf diese Weise fungiert die Elektrode weiterhin als eine elektrische Einheit, ohne dass zusätzliche Prozessschritte erforderlich sind.In another embodiment, forming the gate electrode structure comprises depositing an electrode material on the gate dielectric material and patterning the electrode material such that the gap and at least one coupling region are electrically connected to each other by portions of the gate electrode separated by the gap. In this way, the electrode continues to function as an electrical unit without requiring additional process steps.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bilden der Gateelektrodenstruktur: Abscheiden eines Elektrodenmaterials auf dem Gate-Dielektrikumsmaterial und Strukturieren des Elektrodenmaterials derart, dass ein erster Bereich und ein zweiter Bereich erhalten werden, die voneinander elektrisch durch den Spalt isoliert sind. In diesem Falle kann eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Wannendotierstoffverteilung nach der Implantation erreicht werden, wobei die elektrische Verbindung des separaten ersten und zweiten Bereichs erreicht wird, indem eine Verbindungsstruktur in einem Verdrahtungssystem des Halbleiterbauelements hergestellt wird.In another embodiment, forming the gate electrode structure comprises depositing an electrode material on the gate dielectric material and patterning the electrode material such that a first region and a second region are obtained that are electrically isolated from each other through the gap. In this case, improved uniformity of the well dopant distribution after implantation can be achieved, wherein the electrical connection of the separate first and second regions is achieved by making a connection structure in a wiring system of the semiconductor device.
In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines DMOS-Transistors: Implantieren einer Wannendotierstoffsorte in ein Halbleitermaterial in Anwesenheit einer Gateelektrodenstruktur, die mindestens einen Spalt zum Einbau eines Teils der Wannendotierstoffsorte in das Halbleitermaterial durch den mindestens einen Spalt hindurch aufweist. Das Verfahren umfasst ferner: Maskieren des mindestens einen Spalts und Implantieren einer Sourcedotierstoffsorte in das Halbleitermaterial in Anwesenheit der Gateelektrodenstruktur, die den mindestens einen maskierten Spalt aufweist. Ferner umfasst das Verfahren: Bilden eines Wannengebiets und eines Sourcegebiets durch Ausführen von Ausheizprozessen derart, dass eine Diffusion der Wannendotierstoffsorte und der Sourcedotierstoffsorte in Gang gesetzt wird.In yet another aspect of the present invention, a method of making a DMOS transistor comprises implanting a well dopant species into a semiconductor material in the presence of a gate electrode structure having at least one gap for incorporating a portion of the well dopant species into the semiconductor material through the at least one gap. The method further comprises: masking the at least one gap and implanting a source dopant species into the semiconductor material in the presence of the gate electrode structure having the at least one masked gap. Further, the method includes: forming a well region and a source region by performing annealing processes such that diffusion of the well dopant species and the source dopant species is initiated.
Somit kann die Wannendotierstoffsorte aufgrund der Positionierung eines Teils der Wannendotierstoffsorte an dem zumindest einen Spalt lateral verteilt bzw. diffundiert werden, der dann während des Einbaus der Sourcedotierstoffsorte maskiert wird.Thus, due to the positioning of a portion of the well dopant species, the well dopant species may be laterally diffused at the at least one gap, which is then masked during installation of the source dopant species.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine zusätzliche Kanaldotierstoffsorte vor dem Bilden der Gateelektrodenstruktur eingebaut. Auf diese Weise kann ein Kanalgebiet für den Verarmungsmodus bereitgestellt werden, ohne dass das empfindliche Gate-Dielektrikumsmaterial unnötig beeinflusst wird.In another embodiment, an additional channel dopant species is incorporated prior to forming the gate electrode structure. In this way, a channel region for the depletion mode can be provided without unnecessarily affecting the sensitive gate dielectric material.
Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen zum schnelleren Auffinden, sollen jedoch nicht dafür dienen, dass Ausführungsformen in die Anspruchssprache interpretiert werden.Reference signs in the claims serve to locate them more quickly, but are not intended to be used to interpret embodiments in the claim language.
Einführung in Ausführungsformen.Introduction to embodiments.
Die Ausführungsformen verbessern das Verständnis der Erfindung(en), wie sie beansprucht ist (sind). Sie sind nicht ”die Erfindung”, sondern Beispiele (Ausführungsformen) davon.The embodiments enhance the understanding of the invention (s) as claimed. They are not "the invention" but examples (embodiments) thereof.
Detaillierte Offenbarung von Ausführungsformen.Detailed disclosure of embodiments.
Mit Bezug zu den Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, wobei identische oder ähnliche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.With reference to the drawings, further illustrative embodiments will now be described, wherein identical or similar components are designated by the same reference numerals.
Die Gateelektrodenstruktur
Das Bauelement
Als nächstes wird eine Maske
Wenn die obigen Bedingungen in Bezug auf die Diffusion der Wannendotierstoffsorte erfüllt sind, ist die Ausdehnung des Wannengebiets
Es sollte beachtet werden, dass aufgrund der Natur eines Diffusionsprozesses die entsprechenden lateralen Abmessungen, etwa
Es sollte beachtet werden, dass die hierin beschriebenen Transistoren als p-Kanaltransistoren und n-Kanaltransistoren bereitgestellt werden können, indem die Art der für die diversen Halbleitergebieten verwendeten Dotierstoffe geeignet ausgewählt wird. Somit können n-Kanaltransistoren des Verarmungstyps und/oder p-Kanaltransistoren des Verarmungstyps in dem Halbleiterbauelement abhängig von der gesamten Schaltungskonfiguration bereitgestellt werden. Wenn ferner eine noch weiter vergrößerte Kanallänge erforderlich ist, können zwei oder mehr Spalte in Reihe entlang der Stromflussrichtung vorgesehen werden, wobei der Abstand der Spalte geeignet so festgelegt wird, dass ein zusammenhängendes Wannengebiet mit vergrößerter lateraler Ausdehnung erhalten wird. Ferner können die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente vorzugsweise auf der Grundlage von Silizium als das Basismaterial hergestellt werden. In anderen Fällen können die hierin offenbarten Prinzipien jedoch auch auf andere Halbleitermaterialien, etwa Germanium, Silizium/Germanium, Verbundhalbleiter, und dergleichen angewendet werden.It should be noted that the transistors described herein may be provided as p-channel transistors and n-channel transistors by appropriately selecting the type of dopants used for the various semiconductor regions. Thus, depletion type n-channel transistors and / or depletion type p-channel transistors may be provided in the semiconductor device depending on the overall circuit configuration. Further, if a still further increased channel length is required, two or more gaps may be provided in series along the current flow direction, the spacing of the gaps being suitably determined to provide a contiguous well region with increased lateral extent. Further, the semiconductor devices described herein may preferably be fabricated based on silicon as the base material. In other instances, however, the principles disclosed herein may also be applied to other semiconductor materials, such as germanium, silicon germanium, compound semiconductors, and the like.
Ferner sind in den Ausführungsformen, die mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben sind, vertikale DMOS-Bauelemente angegeben. In anderen Ausführungsformen wird die Drain- und Source-Konfiguration in einer lateralen oder planaren Konfiguration bereitgestellt, um damit ein laterales DMOS-Bauelement bereitzustellen.Further, in the embodiments described with reference to the drawings, vertical DMOS devices are indicated. In other embodiments, the drain and source configuration is provided in a lateral or planar configuration to provide a lateral DMOS device.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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